Post on 26-Feb-2019
OPLEIDING
DUURZAME GEBOUWEN
Danielle MAKAIRE
Energiestromen in het systeem voor verwarming/SWW
VERWARMING EN SANITAIR
WARM WATER: ONTWERP
HERFST 2018
Op basis van de presentatie van CENERGIE
2
Doelstelling(en) van de presentatie
● De behoefte aan verwarming en SWW vaststellen➢ Energiestromen in een gebouw
● De gevoelige punten op de voorgrond zetten➢ Thermische verliezen van distributie, opslag, productie
➢ Productie- en exploitatierendement, hulpuitrustingen
● De technische beperkingen van de verschillende
configuraties op de voorgrond stellen➢ Productie van SWW met doorstroming of accumulatie?
➢ Productie van SWW onafhankelijk van verwarming?
3
1. De warmtestromen in het gebouw1.1. Warmteverliezen naar buiten
1.2. Interne en externe aanvoer
1.3. Warmteverliezen van het verwarmingssysteem
1.4. Warmteverliezen van het systeem voor SWW
2. De verliezen volgens de verschillende configuraties in cijfers
uitgedrukt2.1. Centrale productie van verwarming en SWW: woningen
2.2. Centrale productie van verwarming en decentrale SWW-productie: woningen
2.3. Decentrale productie van verwarming en SWW: woningen
3. Technische vereisten3.1. Productie van verwarming en SWW: tertiair
3.2. Productie van SWW met doorstroming of accumulatie?
Plan van de uiteenzetting
4
1. Warmtestromen in het gebouw
1.1. Warmteverliezen naar buiten
Bron: www.energies.wallonie.be
Het verwarmingssysteem moet
kunnen voldoen aan de netto-
energiebehoeften
Transmissieverliezen
Verliezen door
luchtlekken (in-/exfiltratie)
Verliezen door ventilatie
Zonaanvoer
Interne aanvoer
Netto-energiebehoefte
voor verwarming
5
1. Warmtestromen in het gebouw
1.1. Warmteverliezen naar buiten
Bron: www.energies.wallonie.be
- Transmissieverliezen:
Wanden BV, buitentemperatuur, thermische bruggen
- Ventilatieverliezen:
Warmterecuperatie, ventilatiedebiet
- Verliezen door luchtlekken:
Luchtdichtheid, oriëntatie, wind
De gratis zonaanvoer en de warmte die de personen in het gebouw
afgeven, gaan deze verliezen gedeeltelijk tegen.
Transmissieverliezen
Verliezen door luchtlekken
(in-/exfiltratie)
Verliezen door ventilatie
Zonaanvoer
Interne aanvoer
6
1. Warmtestromen in het gebouw
1.2. Interne en externe aanvoer
• Optimalisatie van de glasoppervlakken volgens oriëntatie
• Zonnewering:
- Automatische zonnegordijnen
- Zonbreker (“zonneklep”)
• Beperking van de interne winst:
- Verlichtingstoestellen met hoog rendement
- Regeling door daglichtcompensatie
Dossier Warmtelasten beperken
So
urc
e/B
ron : J
. Flé
ma
l-
Arc
hite
ctu
re e
t Clim
at -
UC
L
7Bron: www.energies.wallonie.be
De verwarming moet haar eigen
verliezen bestrijden.
1. De warmtestromen in het gebouw?
1.3. De warmteverliezen van het verwarmingssysteem
Door alle kenmerken van de verwarmingsinstallatie in
aanmerking te nemen, bekomt men het
eindenergieverbruik. Dit is de hoeveelheid energie die
de verwarmingsinstallatie nodig heeft om de netto-
energiebehoefte van de energiesector te dekken.
Verliezen van het verwarmingssysteem (1)
Eventuele aanvoer van thermische zonne-energie (2)
Productieverliezen (3)
Netto-energiebehoefte
voor verwarming
Eindverbruik voor verwarming
8
1. Warmtestromen in het gebouw
Deze houden verband met:
- Het emissiesysteem:
Radiatoren, ventilatorconvectoren, vloerverwarming
- Het distributiesysteem:
Lengte van de leidingen, warmte-isolatie, distributietemperatuur
- Het opslagsysteem:
Warmte-isolatie, opslagtemperatuur, opslagvolume
Hoe groter de temperatuurverschillen, hoe groter de verliezen
Bron: www.energies.wallonie.be
1.3. De warmteverliezen van het verwarmingssysteem
Verliezen van het verwarmingssysteem (1)
9
Deze houden verband met:
- Het productiesysteem:
Gascondensatieketel, warmtepomp, biomassa: Eigen rendement
- Het onderhoud van het productiesysteem:
Jaarlijks onderhoud
- De optimale werking van het productiesysteem:
Over-/onderdimensionering, aangepaste regeling
Een systeem op maat van de behoeften en met een goed jaarlijks
onderhoud geeft een beter rendement
Bron: www.energies.wallonie.be
1. Warmtestromen in het gebouw
1.3. De warmteverliezen van het verwarmingssysteem
Productieverliezen (3)
10Bron: www.energies.wallonie.be
1. Warmtestromen in het gebouw
1.4. De warmteverliezen van het systeem voor SWW
Hetzelfde systeem zorgt voor verwarming en
SWW in het gebouw.
Deze productie kan worden gescheiden aan de
hand van verschillende onafhankelijke
systemen
Verliezen van het verwarmingssysteem (1)
Eventuele aanvoer van thermische zonne-energie (2)
Productieverliezen (3)
Netto-energiebehoefte voor
verwarming
Eindverbruik voor SWW
11Bron: www.energies.wallonie.be
1. Warmtestromen in het gebouw
1.4. De warmteverliezen van het systeem voor SWW
Deze houden verband met:
- Het systeem voor distributie van SWW:
Lengte van de leidingen, warmte-isolatie
- Het opslagsysteem:
warmte-isolatie, opslagvolume, opslagtemperatuur
Verliezen van het systeem voor SWW (1)
12
Deze houden verband met:
- Het productiesysteem:
Gascondensatieketel, warmtepomp, biomassa: Eigen rendement
- Het onderhoud van het productiesysteem:
Jaarlijks onderhoud
- De optimale werking van het productiesysteem:
Over-/onderdimensionering, onaangepaste regeling
Bron: www.energies.wallonie.be
1. Warmtestromen in het gebouw
1.4. De warmteverliezen van het systeem voor SWW
Productieverliezen (3)
13
2.1. Centrale productie van verwarming en SWW: woningen
2. De thermische verliezen in cijfers uitgedrukt
Centraal:
Een gemeenschappelijke ketel voor verwarming en SWW voor alle
appartementen
Bron: www.energieplus-lesite.be
14
2.1. Centrale productie van verwarming en SWW: woningen
2. De thermische verliezen in cijfers uitgedrukt
Een centraal systeem vereist:
- Een warmtesysteem dat het gebouw verwarmt
• Technisch lokaal, beheer van de meting, uniek onderhoudscontract
- Een verwarmingsnetwerk door het hele gebouw
• Warmte-isolatie van leidingen BBV*
• Verwarmingscirculatiepomp en hulpuitrustingen
• Een aangepaste regeling
- Een SWW-kring door het hele gebouw
• Warmte-isolatie van de SWW-kring
• Circulatiepomp SWW
• Een opslagvat met groot volume (accumulatie)
• Een doorstroomwarmtewisselaar met groot vermogen
(accumulatie)
* BBV: Buiten Beschermd Volume
15
2.1. Centrale productie van verwarming en SWW: woningen
2. De thermische verliezen in cijfers uitgedrukt
De verliezen op de warmte-emissie in cijfers uitgedrukt
Jaarlijks verlies tegen een niet-geïsoleerde wand:
1m² x (Tbinnen achter middelgrote radiator – Tbuiten gemiddeld) x U muur x Ttijd
1 x (24°C-6,5°C) x 2 W/m²K x 5.800 u / 1000
210 kWh /jaar
De emissiesystemen: verliezen van een radiator
• Luchtcirculatie niet belemmeren
• Reflecterende plaat indien tegen een koude wand
geplaatst
• Werken bij LT beperkt de verliezen
Bron: www.flir.eu
Bron : www.energieplus-lesite.be
Tbuiten
gemiddeld
=6°C
16
2.1. Centrale productie van verwarming en SWW: woningen
2. De thermische verliezen in cijfers uitgedrukt
De verliezen op de warmtedistributie in cijfers uitgedrukt
De distributiesystemen: verliezen van het netwerk
• Warmte-isolatie van de leidingen BBV
• Beperking van de lengte van de leidingen
• Beperking van de circulatiesnelheid:
Turbulentie = toegenomen warmteoverdracht = toegenomen
belastingverlies
• Werken bij LT
• Circulatiepomp met variabel debiet
• Regeling en strangregelkleppen
Bron: www.energieplus-lesite.be
17
2.1. Centrale productie van verwarming en SWW: woningen
2. De thermische verliezen in cijfers uitgedrukt
De verliezen op de warmtedistributie in cijfers uitgedrukt
Voor 1 m leiding:
(gemiddeld,water T [°C] – omgeving T [°C]) x kleiding [W/mK] x Aantal uren [u]
• kleiding? Naargelang het materiaal (warmtegeleidingsvermogen),
de diameter en de dikte ervan, het regime van het fluïdum in de
leiding, het om een ingegraven leiding gaat of niet
• De gemiddelde temperatuur van het water is afhankelijk van de
werking van de verwarmingsinstallatie (ingesteld op constante
temperatuur? Op glijdende temperaturen?...)
• De omgevingstemperatuur is de gemiddelde temperatuur van de
omgeving van de leiding tijdens het stookseizoen
• Het aantal uren is de duur van het stookseizoen
Bron: www.energieplus-lesite.be
18
2.1. Centrale productie van verwarming en SWW: woningen
2. De thermische verliezen in cijfers uitgedrukt
De verliezen op de warmtedistributie in cijfers uitgedrukt
1 meter DN32 waar water van 70°C doorheen loopt = 60 W verlies
(70 °C – 50°C) x 1,2 W/mK = 60 W
Op 3.600 verwarmingsuren : 216kWh
Of ongeveer € 11 voor gas 0,05 €/kWh
So
urc
es : w
ww
.ene
rgie
plu
s-le
site
.be
19
2.1. Centrale productie van verwarming en SWW: woningen
Thermische verliezen van een SWW-kring volgens warmte-isolatie
2. De thermische verliezen in cijfers uitgedrukt
Bron: www.energieplus-lesite.be
Lengte van de kring – 100 m Verliezen in de leiding Jaarlijkse
verliezenkring omg.
(inclusief accessoires)
Niet geïsoleerd
Beperkt geïsoleerd
Goed geïsoleerd
k= 1,42 W/mK
k= 0,37 W/mK
k= 0,21 W/mK
8.760u
2. De thermische verliezen in cijfers uitgedrukt
Bij de EPB-oplevering van een verwarmingssysteem dienen de
warmwaterleidingen en warme luchtkanalen in het kader van de
wetgeving EPB-verwarming geïsoleerd te worden. De minimale
isolatiedikte hangt af van:
• Het type omgeving: binnen of buiten het beschermd volume
• De diameter van de leiding/het kanaal
• De thermische performantie van het materiaal
• Bij SWW-leidingen: als het al dan niet een circulatieleiding
betreft (uitgezonderd thermosifon)
20
Geregelementeerde isolatie volgens EPB verwarming
21
2.1. Centrale productie van verwarming en SWW: woningen
2. De thermische verliezen in cijfers uitgedrukt
De verliezen op de warmteopslag in cijfers uitgedrukt
Volume opslagvat (m³) 1
Diameter (m) 0,79
Hoogte (m) 2,04
Dikte isolatie (m) 0,1
Oppervlakte opslagvat (m²) 7,9
T° opslag (°C) 70
T° omgeving (°C) 20
Warmtegeleidend vermogen isolatie (W/m/k) 0,033
Thermische verliezen (W) 130
Gebruiksduur (u/jaar) 3600
Jaarlijkse verliezen (kWh) 468
• Isolatie van het buffervat
• Beperking van de opslagtemperatuur: verwarmingscurve
• De gelaagdheid in het vat benutten (cf. schema)
22
2.1. Centrale productie van verwarming en SWW: woningen
Thermische verliezen van het opslagvolume
Volume opslagvat (m³) 1000 2000
Diameter (m) 0,79 1,1
Hoogte (m) 2,04 2,1
Dikte isolatie (m) 0,1 0,1
Oppervlakte opslagvat (m²) 7,9 11,2
T° opslag (°C) 60 60
T° omgeving (°C) 20 20
Warmtegeleidend vermogen isolatie (W/m/k) 0,033 0,033
Thermische verliezen (W) 104 148
Gebruiksduur (u/jaar) 3000 3000
Jaarlijkse verliezen (kWh) 312 445
Bij accumulatie is het vermogen dat naar SWW gaat laag, maar het
grote opslagvolume zorgt voor verliezen.
Opmerking: 2 vaten van 1.000 liter verliezen meer dan 1 vat van 2.000
liter
2. De thermische verliezen in cijfers uitgedrukt
23
2.1. Centrale productie van verwarming en SWW: woningen
2. De thermische verliezen in cijfers uitgedrukt
De verliezen op de warmteproductie in cijfers uitgedrukt
Vermogensbalans van een klassieke verwarmingsketel
Het nuttig rendement van deze ketel is:
𝑅 =100
108∗ 100 = 92,5%
Bron: www.editions-petiteelisabeth.fr
Rookgassen
Warmteverliezen
door rookgassen
Verliezen wanden
Brandstof
Ontvangen warmte
Nominaal vermogen
ketel
24
2.1. Centrale productie van verwarming en SWW: woningen
2. De thermische verliezen in cijfers uitgedrukt
De verliezen op de warmteproductie in cijfers uitgedrukt
Vermogensbalans van een klassieke verwarmingsketel
De condensatieketel beperkt de verliezen op
verbrandingsgassen door recuperatie van de condensatie-
energie van de waterdamp die erin zit.
Ren
de
me
nt (o
p b
asis
va
n d
e O
VW
)
Temperatuur van de rookgassen [°C]
Modulerende
gasbrander
Warmtewisselaar-
condensator
roestvrij staal
Opvang
condenswater
Afvoer
Retour
“hoge
temperatuur”
Retour
“lage temperatuur”
Vertrek
waterS
ourc
e/B
ron
: w
ww
.ene
rgie
plu
s-le
site
.be
25
2.1. Centrale productie van verwarming en SWW: woningen
2. De thermische verliezen in cijfers uitgedrukt
Evolutie van het rendement van een verwarmingsketel over een
verwarmingsseizoen
• Verliezen bij stilstand: Inertie ketel nadat brander heeft stilgelegen
Notie korte cyclus: dimensionering
• Verliezen bij opstart: verbrandingskwaliteit
Jaarlijks onderhoud voor een goede verbranding
• Werkingsduur bij condensatie: T°retour
Regeling volgens verwarmingscurve
• Switch SWW / verwarming: verandering van gang
Variabel rendement tussen 30 en 100% van het vermogen
Al deze factoren spelen mee bij de bepaling van het totale
seizoenrendement van het verwarmingssysteem
26
2.1. Centrale productie van verwarming en SWW: woningen
De thermische verliezen in cijfers uitgedrukt
En het verbruik van de circulatiepompen?
Het totale rendement van het systeem voor verwarming/SWW houdt ook
rekening met de doeltreffendheid van de circulatiepompen:
• Werken met variabel debiet waar mogelijk
• Circulatiepompen van klasse A
(Richtlijn EcoDesign)
behalve SWW circulatiepompen
die niet onderworpen zijn aan de
verordeningen
Bron: www.blog.elyotherm.fr
27
2.1. Centrale productie van verwarming en SWW: woningen
2. De thermische verliezen in cijfers uitgedrukt
Orde van grootte van het totale rendement van een
verwarmingssysteem met verwarmingsketel
Type van installatie
Rendement in %
(totaal= productie x distributie x emissie x regeling)
productie distributie emissie regeling totaal
Overgedimensioneerde oude
ketel, lange distributielus 75 .. 80 % 80 .. 85 % 90 .. 95 % 85 .. 90 % 46 .. 58 %
Goed gedimensioneerde oude
ketel, korte distributielus 80 .. 85 % 90 .. 95 % 95 % 90 % 62 .. 69 %
Hoogrendementketel, korte
distributielus, aan achterkant
geïsoleerde radiatoren, regeling
met buitenvoeler, thermostatische
kranen, ...
90 .. 93 % 95 % 95 .. 98 % 95 % 77 .. 82 %
Bron: www.energieplus-lesite.beZie ook G_ENE_08 voor andere productiesystemen
28
2.2. Centrale productie van verwarming en decentrale productie van SWW:
woningen
Voordelen
• Geen beheer van de circulatie
• Nabijheid van de aftappunten
• Individuele afrekening van de lasten
• Productie door doorstroming
• Productie door accumulatie
Een gemeenschappelijke verwarmingsketel en een aparte boiler
per woning
• Een elektrische boiler met accumulatie: werking met
klokprogramma (nachttarief)
• Een gasboiler met accumulatie of doorstroming
Nadelen
• Plaatsinname in woonzone
• Hogere investeringskosten
En wat de verliezen betreft?
2. De thermische verliezen in cijfers uitgedrukt
Conclusie
Verliezen +/- gelijk
maar
ongunstig voor EPB
Centraal SWW
Verliezen productie + distributie
= 11.400 kWh/jaar
Waarvan:
3.600 kWh geherwaardeerd
Dus:
7.800 kWh reële verliezen
Individuele boiler SWW
Verliezen productie + distributie
= 15.500 kWh/jaar
Waarvan:
7.750 kWh geherwaardeerd
Dus:
7.750 kWh reële verliezen
2.2. Centrale productie van verwarming en decentrale SWW-productie:
woningen
2. De thermische verliezen in cijfers uitgedrukt
29Bron: www.energieplus-lesite.be
31 vaten SWW van 100 liter
Verl
iezen
in
sto
okru
imte
+ S
WW
-kri
ng
90 m
2.3. Decentrale productie van verwarming en SWW: woningen
30
Een individuele wandketel verwarming + SWW
• Productie SWW met doorstroming
• Productie SWW met accumulatie
Voordelen
• Nabijheid van de aftappunten
• Individuele afrekening van de lasten
• Productie door doorstroming
• Productie door accumulatie
• Individueel onderhoudscontract
Nadelen
• Plaatsinname in woonzone
• Hogere investeringskosten
• Geen centraal beheer van
regeling en energie
• Risico van overmatig verbruik
2. De thermische verliezen in cijfers uitgedrukt
31
3.1. Productie van verwarming en SWW: tertiair
Geval 1: Kantoorgebouwen
- De behoefte aan SWW is zeer laag vergeleken met die aan verwarming
Onafhankelijke elektrische boiler in de nabijheid van de aftappunten
3. Technische vereisten
Elektrische boiler onder trap
2 kW, 10 l met timer
32
3.1. Productie van verwarming en SWW: tertiair
Geval 1: Kantoorgebouw
- De behoefte aan SWW is zeer laag vergeleken met die aan verwarming
Onafhankelijke elektrische boiler in de nabijheid van de aftappunten
• Vrij goedkope oplossing
• Werking met eenvoudige mechanische timer
• Eenvoudig uit te voeren
• Zeer weinig verlies: laag watervolume en niet te lange leidingen
• Elektrisch verbruik
3. Technische vereisten
33
3.2. Productie van SWW met doorstroming of accumulatie?
Geval 2: Tertiaire keuken
- De behoefte aan SWW is zeer groot vergeleken met die aan verwarming
- De behoefte aan SWW is constant over een gegeven periode
Meerdere oplossingen:
- Onafhankelijke boiler: Productie met doorstroming of accumulatie
onafhankelijk van verwarming
- Productie door accumulatie ‘s nachts door verwarmingsketel, opslag van
dagelijkse behoefte
De keuze zal afhangen van het aangewende vermogen om een zware
overdimensionering van de ketel voor verwarming + SWW te beperken:
Totaal rendement
3. Technische vereisten
34
3.2. Productie van SWW met doorstroming of accumulatie?
Geval 2: Tertiaire keuken
- De behoefte aan SWW is zeer groot vergeleken met die aan verwarming
- De behoefte aan SWW is constant over een gegeven periode
Accumulatie of doorstroming?
Accumulatie
+ Wisselvallige behoefte
+ Comfort
+ Beperkt vermogen
- Plaatsinname
- Opslagverliezen
- Legionella
- Kalkafzetting
Doorstroming
+ Constante behoefte
+ Neemt weinig plaats in
+ Thermische verliezen
- Comfort
- Korte cycli
- Constante primaire
temperatuur
- Overdimensionering
3. Technische vereisten
35
Geval 2: Tertiaire keuken
- De behoefte aan SWW is zeer groot vergeleken met die aan verwarming
- De behoefte aan SWW is constant over een gegeven periode
De doorstroomboiler is een goede oplossing indien de behoefte aan SWW
constant is en gegroepeerd over eenzelfde periode:
- Geen opslagverliezen
- Geen problemen van legionella
- Het doorstroomvermogen kan echter hoog zijn
Dus,
Verwarming heeft eigen rendement: optimaal voor condensatie
Productie van SWW heeft eigen rendement: optimaal
3.2. Productie van SWW met doorstroming of accumulatie?
3. Technische vereisten
36
● Rekentool voor sanitair warm water
http://www.energieplus-lesite.be/index.php?id=16807#c20934692
● Wetenschappelijk en Technisch Centrum voor het Bouwbedrijf:
http://www.wtcb.be
Interessante tools, websites, enz.:
37
Referenties Gids Duurzame Gebouwen en andere bronnen:
Gids Duurzame Gebouwen
www.gidsduurzamegebouwen.brussels
Thema ENERGIE
Dossier I De optimale productie- en opslagwijze voor
verwarming en sanitair warm water kiezen
Dossier I Verwarming en sanitair warm water: efficiënte
installaties garanderen (distributie en afgifte)
38
Te onthouden uit de uiteenzetting
• Minder thermische verliezen
✓ Isolatie van de leidingen BBV
✓ Isolatie van de opslagvolumes
✓ Vervanging van emissietoestellen: radiatoren op koude wand
✓ Minder temperatuurverschillen: verwarming LT
✓ Kortere leidingen
• Minder elektriciteitsverbruik
✓ Circulatiepompen met hoge efficiëntie
✓ Werking met variabel debiet wanneer mogelijk
✓ Regeling van de SWW-kringen
• Vermijden van overmatig verbruik
✓ Naregeling
✓ Regeling op verwarmingscurve
39
Te onthouden uit de uiteenzetting
Productie van verwarming Productie van SWW
Centraal Decentraal
Centraal Decentraal
Accumulatie Doorstroming Accumulatie Doorstroming
Elektriciteitsverbruik
en
investeringskosten
1
gemeenschappelijke
circulatiepomp
1 circulatiepomp
per
verwarmingsketel
1 SWW-kring 1 SWW-kring1 SWW-kring per
woningGeen circulatie
Investeringskosten1 reeks
hulpuitrustingen
1 reeks
hulpuitrustingen
per ketel
1 buffervat
1
warmtewisselaar
water/water
1 buffervat per
woning
1
warmtewisselaar
per woning
Exploitatiekosten 1 onderhoudscontract1 contract per
ketelLaag vermogen Hoog vermogen Laag vermogen Hoog vermogen
Regeling/gebruiks-
comfort
Totaal beheer van
energiebronnen
Individueel
energiebeheerLegionella Comfort Legionella Comfort
Distributieverliezen - + Gelijk indien goed geïsoleerdNabijheid van
aftappunten
Nabijheid van
aftappunten
Opslagverliezen - + Buffervat Geen vat